矿井防尘供水管网可靠分析与优化

 矿产资源是人类赖以生存的生活基础, 我国也是矿产资源的消费国,随着对矿产资源需求的急剧增加, 矿山采掘工作也在不断进行, 矿山井下供水管网是矿山日常采掘工作的重要保证。根据《煤矿安全规程》和《金属非金属矿山安全规程》有关规定, 矿山井下必须建立完善的防尘和消防供水系统;2012 年原国家安监总局要求全国矿山建立完善监测监控、人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救和通信联络等井下安全避险六大系统, 其中供水施救系统作为矿井防尘供水管网的辅助, 与其可靠稳定运行有密切关系。
 矿采过程中产生的矿井粉尘危害很大, 其中主要为尘肺病。尘肺病是我国严重的职业病, 据国家卫健委官方公告, 截至2020 年年底, 全国报告职业性尘肺病及其他呼吸疾病14 408 例, 其中职业性尘肺病14 367 例。预防尘肺病的发生重要的手段就是靠水除尘。矿井供水管网作为防治井下粉尘危害的重要设施, 其管网可靠稳定运行是保证综合防尘设施达到预期防尘效果的重要基础。由于矿井供水管网所处的运行环境比较恶劣, 要承受高压、高湿和高腐蚀, 供水时间长, 管网服务年限也要达到几十年, 而管网一旦失效, 势必造成极大的经济损失, 因此必须提高矿井防尘供水管网的安全性和可靠性。
 综上所述, 进行矿山井下供水系统动态可靠性研究是很有必要的, 同时研制出矿山井下动态仿真模拟系统为保证综合供水设施的高效运行, 提高矿井抗灾能力, 保障矿井的安全生产, 具有重要的理论意义和应用前景。
 目前供水管网的可靠性研究大部分围绕市政管网展开, 本书借鉴市政供水管网的可靠性分析方法, 在矿井防尘供水管网上进行试验。矿井防尘供水管网与市政管网的不同是管网呈树状并且以静压供水为主, 因此结合矿井供水管网的实际情况进行模型修正, 力求提出矿井防尘供水管网的一套可靠性评价方法和优化手段。本书是通过可靠性分析、相似实验研究、矿井供水管网优化设计系统仿真建模, 在满足各用水地点所需水量、水压并兼顾其他设计目标的前提下, 追求管网建造和运行总费用的小值。
 全书共8 章。第1 章绪论; 第2 章进行矿井供水管网机械可靠性分析; 第3~ 4 章进行矿井供水管网水力可靠性分析; 第5~ 6 章分别从供水压力和用水量两方面进行预测, 构建预测模型, 提升未来一段时间供水管网的可靠性; 第7~ 8 章建立矿井供水管网可靠性评价及优化仿真模拟系统, 并进行实例应用从而验证系统的有效性。
 本书是作者在多年来完成博士点基金《矿山井下供水管网动态可靠性及系统仿真研究》以及近几年的研究成果的基础上撰写完成。
 本书在写作过程中得到了多位同门的帮助。北京科技大学蒋仲安教授对整个书籍的结构和写作做出了很大的贡献。安徽工业大学邓权龙老师对第2 章可靠性研究提供了新的方法、北京科技大学05 级博士侯晓东对第6 章和第8 章提供了丰富的资料和案例、北京科技大学11 级硕士施蕾蕾对第2 ~ 5 章均全程参与撰写和实验, 还有首都经济贸易大学的王洁教授对书稿进行了很多审核工作, 在此一并表示感谢。
 由于作者水平有限, 时间紧迫, 错误实属难免, 恳请读者批评指正。如有疑问, 欢迎来信交流: wangpei@cueb.edu.cn。

本书基于作者多年研究成果基础上撰写而成，围绕矿井防尘供水管网的可靠性和优化展开研究。开篇介绍了系统可靠性的一些基本原理和供水管网可靠性的发展历程。主要章节先分析了矿井防尘供水管网的机械可靠性和水力可靠性，对现有的管网提出可靠度评价模型。进一步通过相似实验分析供水压力和用水量的变化，预测未来一段时间水压和用水量的变化，从而采取切实有效的手段提高管网的可靠性。后，改进现有的管路，采取有效的优化方法，在保证可靠性的基础上，降低管网的经济费用。并且通过自主编写的水力计算软件来实现管网水力计算和优化的仿真模拟。
本书可供市政工程、安全工程、环境工程和系统工程等专业的科研工作者交流讨论，也可作为相关专业的研究生教材使用。